Download 6. Mol. derivadas de aa.

Metabolismo
de
aminoácidos
Beatriz Alvarez
Laboratorio de Enzimología
El nitrógeno, presente en la biosfera como nitrato (NO3-)
o dinitrógeno (N2), debe ser reducido a amonio (NH4+)
para su incorporación a proteínas.
La
especie
humana
adquiere
el
nitrógeno
mayoritariamente de las proteínas de la dieta.
El ciclo del nitrógeno
Proteínas de la dieta
Digestión
Aminoácidos en la sangre
Derivados
no proteicos
Síntesis
Aminoácidos
Degradación
Carbono
Glucógeno
Proteínas
Esquema
general del
metabolismo
de
aminoácidos
Nitrógeno
CO2 + H2O
Energía
Urea y otros
Triacilglicéridos
Orina
Coenzimas vedette:
Piridoxal fosfato
Folato
Tetrahidrobiopterina
Cobalamina
Digestión y absorción de proteínas
• Las proteínas se digieren mediante la acción de
proteasas que hidrolizan los enlaces
peptídicos, previa desnaturalización por el
ácido del estómago o calor de la cocción.
• Los aminoácidos, dipéptidos y oligopéptidos se
absorben en el intestino delgado.
Digestión de proteínas
La digestión de las proteínas comienza en el estómago,
donde el pepsinógeno se convierte en pepsina.
La llegada del bolo alimenticio al intestino dispara la
liberación de las hormonas colecistoquinina y secretina,
las cuales promueven la secreción de las proenzimas
pancreáticas.
La enteropeptidasa activa el tripsinógeno y la tripsina
activa el resto de las proteasas.
Los pequeños péptidos y aminoácidos formados son
transportados a través de los enterecitos a la circulación
portal, por transporte activo o difusión facilitada.
Las proteínas ingeridas se emplean para:
Síntesis de nuevas proteínas
- enzimas, proteínas musculares, proteínas
plasmáticas, etc. LAS PROTEÍNAS ESTÁN EN
CONTINUO RECAMBIO.
Síntesis de compuestos nitrogenados
- purinas, pirimidinas, grupos hemo, etc.
Fuente de energía durante el ayuno
- directamente, ingresando al ciclo de Krebs.
- indirectamente, convirtiéndose en glucosa.
Síntesis de triacilgliceroles
pese a su fama, las proteínas engordan.
Aminoácidos esenciales o indispensables
Esenciales
Arginina (en crecimiento)
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Treonina
Triptofano
Valina
No pueden ser
sintetizados y deben estar
presentes en la dieta.
No Esenciales
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Prolina
Serina
Tirosina
Se pueden sintetizar a
partir de intermediarios
metabólicos.
Requerimiento proteico
Requerimiento
(g/kg de peso corporal/día)
Lactante
4-6 meses
Niño
10-12 años
Adulto
1,1
1,0
0,8
Las proteínas del organismo están en
continuo recambio
El nitrógeno no tiene fuentes de
almacenamiento especiales en el organismo.
Todo el tiempo se están degradando y
sintetizando proteínas.
En la especie humana, 1-2% de las proteínas,
fundamentalmente musculares, están
recambiándose.
De los aminoácidos que se liberan, 75% se
reciclan. El nitrógeno del resto forma urea.
Balance de nitrógeno
Diferencia entre el nitrógeno ingerido y el excretado.
El nitrógeno se adquiere en forma de proteínas y se elimina
como urea (y un poquito de amoníaco, ácido úrico y
creatinina) en la orina y como proteína sin digerir en heces.
El adulto sano está en equilibrio nitrogenado: lo que entra es
igual a lo que sale. La degradación y la síntesis de proteínas
ocurren a la misma velocidad.
Balance de nitrógeno positivo: niños, embarazadas y
adultos en recuperación. Hay síntesis neta de proteína.
Balance de nitrógeno negativo: traumas graves o dietas
inadecuadas (cuando falta algún aminoácido esencial, o en
el ayuno – se utilizan aminoácidos para producir glucosa y
eventualmente energía).
Proteínas de la dieta
Digestión
Aminoácidos en la sangre
Derivados
no proteicos
Síntesis
Aminoácidos
Degradación
Carbono
Glucógeno
Proteínas
Esquema
general del
metabolismo
de
aminoácidos
Nitrógeno
CO2 + H2O
Energía
Urea y otros
Triacilglicéridos
Orina
Coenzimas vedette:
Piridoxal fosfato
Folato
Tetrahidrobiopterina
Cobalamina
Las enzimas glutamato
deshidrogenasa, glutamina
sintetasa y las aminotransferasas
(transaminasas) tienen un rol muy
importante en el metabolismo de
aminoácidos.
TRANSAMINACIÓN
Los grupos α-amino se transfieren de un aminoácido a
un alfa-cetoácido con las enzimas transaminasas o
aminotransferasas.
Suele participar el par glutamato/α-cetoglutarato.
Reacciones reversibles, participan en la síntesis y
degradación.
Existen transaminasas
para casi todos los
aminoácidos.
Tienen piridoxal 5'fosfato como grupo
prostético.
El piridoxal fosfato deriva
de la vitamina B6.
Vitamina B6
Piridoxina, piridoxal y piridoxamina y
derivados fosforilados
Presente en
pollo, carne,
pescado,
hueves, arroz
integral,
frutas,
nueces.
El PLP se une
covalentemente
a la enzima, a
través de una
base de Schiff
(imina) con una
lisina del sitio
activo
Aspartato aminotransferasa
Aspartato aminotransferasa
Sitio activo con el piridoxal fosfato
formando una base de Schiff con
una lisina de la enzima
Sitio activo con el piridoxal fosfato
unido a un análogo de sustrato.
El aumento en el suero de determinadas
aminotransferasas es utilizado como marcador
clínico de daño tisular.
SGOT: glutamato-oxaloacetato aminotransferasa
o aspartato transaminasa
SGPT: glutamato-piruvato aminotransferasa o
alanina transaminasa
Por ejemplo, luego de un ataque cardíaco
aumenta en primer lugar la creatina quinasa,
luego aumenta SGOT, y más tarde SGPT.
Como el par α-cetoglutarato/glutamato participa
en muchas transaminaciones, el glutamato es
un intermediario prominente en la eliminación
de amonio así como en vías anabólicas.
El glutamato está en un “nudo” entre el amonio
libre y los grupos amino de los aminoácidos.
¿Qué opina acerca de la siguiente afirmación? ¿Es
verdadera o falsa?
"Dado que el nitrógeno del glutamato puede ser
redistribuído por transaminación, el glutamato es un
buen suplemento para proteínas pobres desde el punto
de vista nutricional."
Glutamato deshidrogenasa
utiliza NADPH, incorpora amonio al glutamato para
sintetizar este aminoácido y otros por transaminación,
activada por ATP y GTP
utiliza NAD+, reacción anaplerótica, provee de un
intermediario oxidable y NADH, activada por ADP y GDP
El glutamato recluta grupos amino. En el hígado
se libera amonio. Éste va al ciclo de la urea.
Curiosidad: UMAMI
El glutamato constituye el quinto “sabor”, UMAMI, que
se suma al salado (Na+), ácido (H+), amargo (alcaloides
y otros) y dulce (sacarosa y otros).
Constituye un sabor agradable, presente en la salsa de
soja y la carne.
Se conoce desde principios del siglo 20 y se
comercializa como aditivo alimentario (glutamato
monosódico – ajinomoto).
Recientemente, se encontraron receptores en la lengua
para el glutamato.
¿Cuál podría ser el sentido evolutivo de sensar el
glutamato?
PROTEÍNAS
Glutamina
Glutamato
Glutamina sintetasa
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
Produce glutamina, uno de los 20 aminoácidos de las
proteínas.
La glutamina sirve como dador de nitrógeno en varias vías
biosintéticas (purinas, citosina).
La glutamina es muy abundante en la circulación, pues sirve
como una forma de transporte inocua del amoníaco, que es
tóxico, hacia el hígado (para formar urea) y el riñón (para
excreción).
Glutaminasa
El hígado y el ríñón tienen glutaminasa, enzima mitocondrial
que libera el amoníaco.
glutamina + H O → glutamato + NH
Destinos del amonio proveniente de la glutamina
En el hígado, el amonio liberado de la glutamina por
la glutaminasa se utiliza para sintetizar urea.
En el riñón, la formación de amonio está relacionada
con la eliminación de ácido (H+), puesto que el
amoníaco (NH3) liberado por la glutaminasa se
protona a amonio (NH4+) gracias a su pKa de 9.3.
La glutamina sintetasa es una enzima muy
regulada.
En E. coli es regulada mediante
los siguientes mecanismos:
Alosterismo
Modificación covalente
Regulación de la expresión
génica y la síntesis proteica
(control de la cantidad de
enzima)
Ciclo de la urea
80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en
forma de urea.
Parte de las enzimas están en la matriz
mitocondrial y parte en el citosol.
La arginina, con la arginasa, genera urea y
ornitina en el citosol. Luego, las siguientes
enzimas regeneran la arginina.
La enzima carbamoil fosfato sintetasa I
mitocondrial cataliza el primer paso regulado de
la síntesis de urea.
Ciclo
de la
urea
Destino de los esqueletos carbonados
Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y
remodelación de aminoácidos.
El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos.
En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es
eliminado vía transaminación, desaminación y síntesis de urea.
Los esqueletos carbonados pueden conservarse como glucógeno
o como ácidos grasos.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios
del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato o oxaloacetato.
Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o
acetoacetil-CoA.
En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan
como fuente de energía, rindiendo CO2 y H2O.
Biosíntesis
de los
aminoácidos no esenciales
Aminoácidos esenciales o indispensables
Esenciales
Arginina (en crecimiento)
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Treonina
Triptofano
Valina
No pueden ser
sintetizados y deben estar
presentes en la dieta.
No Esenciales
Alanina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Prolina
Serina
Tirosina
Se pueden sintetizar a
partir de intermediarios
metabólicos.
Los esqueletos carbonados de los aminoácidos
no esenciales pueden sintetizarse a partir de
metabolitos intermediarios derivados, por
ejemplo, de glucosa.
Dos aminoácidos no esenciales derivan
directamente de aminoácidos esenciales (tirosina
y cisteína).
Coenzimas importantes: piridoxal fosfato, folato y
tetrahidrobiopterina.
Síntesis de glutamato
El glutamato se sintetiza a partir de su precursor
alfa-cetoácido con la enzima glutamato
deshidrogenasa.
Síntesis de aspartato
El aspartato se sintetiza por transaminación del
oxalaceto.
glutamato + oxalacetato
O
-O
O
O
O
O
O
O
O
O
NH3+
alfa-cetoglutarato + aspartato
O
-O
O
O
O
O
O
O
NH3+
También se sintetiza aspartato por desaminación
de la asparagina con la asparaginasa, análoga a
la glutaminasa
asparagina + H2O → aspartato + NH3
Síntesis de asparagina y glutamina
La asparagina sintetasa y la glutamina
sintetasa catalizan la producción de asparagina
y glutamina
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
aspartato + NH4+ + ATP → asparagina + ADP + Pi + H+
Síntesis de alanina
La alanina se sintetiza por
transaminación con la enzima alanina
transaminasa
α-cetoglutarato + alanina
glutamato + piruvato
O
-O
O
O
O
O
NH3+
O
O
O
-O
O
O
O
NH3+
O
La concentración de alanina en la circulación es
alta, más baja solo que la de glutamina.
CICLO DE LA GLUCOSA – ALANINA
La alanina transaminasa participa en el transporte de
esqueletos carbonados y nitrógeno del músculo al hígado.
α-cetoglutarato + alanina
glutamato + piruvato
O
-O
O
O
O
O
NH3+
O
O
O
-O
O
O
O
NH3+
O
Músculo esquelético: el piruvato de la glucólisis se transforma en
alanina a expensas de glutamato.
Hígado: se regenera el piruvato para la gluconeogénesis y el
amonio del glutamato puede ir al ciclo de la urea.
Síntesis de prolina
La prolina se sintetiza a
partir de glutamato con
glutamato semialdehído
como intermediario
La prolina también se sintetiza a partir de arginina de la dieta.
Primero, la arginina se transforma en ornitina vía arginasa.
La enzima puede operar en dirección opuesta para sintetizar
ornitina y arginina a partir de prolina.
Síntesis de serina
La serina se
sintetiza a partir de
3-fosfoglicerato.
Se oxida la función
alcohólica para
formar un alfacetoácido que se
transamina y
desfosforila.
La glicina se sintetiza a partir de serina. La
enzima utiliza tetrahidrofolato y piridoxal fosfato.
En el hígado de vertebrados, la glicina también puede
sintetizarse a partir de dióxido de carbono y amonio, si
bien esta reacción opera fundamentalmente en el
sentido de degradación de glicina.
Ácido fólico
Los derivados del folato transportan unidades
monocarbonadas en diferentes estados de
oxidación intermedios unidos a N-5 (formil,
formimino, metilo), a N-10 (formilo) o a ambos
(metileno o metenilo).
La serina, cuyos carbonos a su vez pueden obtenerse
de carbohidratos (3-fosfoglicerato), es la principal fuente
de unidades monocarbonadas al pool de folato
Síntesis de cisteína
El azufre para la cisteína proviene de la metionina
y los carbonos de la serina.
En primer lugar, ocurre la síntesis de S-adenosil
metionina, un importante agente metilante.
++
B12
PLP
PLP
La metionina reacciona con ATP para formar Sadenosilmetionina.
La S-adenosilmetionina cede su grupo metilo a diferentes
biomoléculas formándose homocisteína.
La homocisteína condensa con la serina para formar
cistationina, la cual es clivada por la cistationasa para dar cisteína
y alfa-cetobutirato.
Esto es conocido como la vía de transulfuración.
La cistationina beta-sintasa y la cistationina gama-liasa ambas
utilizan PLP.
La cisteína se utiliza para la síntesis de proteínas y de
glutatión.
Los aumentos en la homocisteína del plasma se asocian a
problemas vasculares.
ATP
-O
NH3 +
-O
CH3
S
S
CH3
+
N
O
O
methionine
HO
N
N
OH
S-adenosylmethionine
(SAM)
dimethylglycine
H4folate
betaine-homocysteine
methyltransferase
methionine
synthase
(B12)
H4folate
N
methionine
adenosyltransferase
O
N5,N10- CH2-
NH2
NH3+
Pi + PPi
acceptor
methyltransferases
N5,N10-CH2-
N5-CH3-
H4folate
H4folato
betaine
CH3-acceptor
reductase
NH3+
adenosine
-O
H 2O
-O
SH
O
N
S
N
O
O
HO
O
cystathionine
β-sinthase
(PLP)
O
serine
N
N
homocysteine
NH3 +
HO
NH2
NH3 +
OH
S-adenosylhomocysteine
(SAH)
H2O
O
NH3 +
S
-O
O
NH3 +
O
Metabolismo de
metionina y
cisteína
cystathionine
H2O
cystathionine γ-lyase
(PLP)
NH3 +
HS
O
O
O
cysteine
++
O
O
α-ketobutyrate
+
NH3+
Síntesis de tirosina
La tirosina se sintetiza a partir de fenilalanina
Las deficiencias genéticas en la fenilalanina
hidroxilasa llevan a la fenilcetonuria
Deficiencias en la enzima que sintetiza tirosina
a partir de fenilalanina
Retardo mental
La acumulación de fenilalanina depleta de αcetoglutarato por transaminación
La depleción de α-cetoglutarato compromete el
ciclo de Krebs y el metabolismo aeróbico del
cerebro
Se encuentra fenilpiruvato, fenilacetato y
fenillactato en la orina
Se debe suplementar la dieta con tirosina y
restringir la fenilalanina
"contiene
fenilalanina"
¿Porqué algunos refrescos que contienen el edulcorante
aspartamo advierten “contiene fenilalanina”?
Porque los fenilcetonúricos no lo pueden consumir.
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
¿Qué productos le parece que se forman de su
catabolismo?
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
Se metaboliza dando aspartato, fenilalanina y metanol. El aspartato es
inocuo, la fenilalanina también (excepto para los fenilcetonúricos!) y el
metanol puede ser metabolizado por el hígado en pequeñas
cantidades.
Provee de 4 kcal/g, como otros aminoácidos. Pero es 200 veces más
dulce que el azúcar, por lo tanto endulza en cantidades muy bajas.
Bebida cola: 0.06 % de aspartamo contra 12 % de sacarosa.
Fue descubierto por Jim Schlatter en 1965, un químico trabajando en
nuevas drogas peptídicas para el tratamiento de úlceras. En sus
experimentos, sintetizó el aspartato-fenilalanina metil éster.
Casualmente, lo tocó. Más tarde, sin querer, llevó el dedo a la boca y
notó el gusto dulce. ¡¿Cómo, si se había lavado las manos después del
desayuno?! Sospechó del aspartato-fenilalanina metil éster y se animó
a probarlo. Años más tarde, la curiosidad de Schlatter redundó en un
negocio billonario.
Repaso final
α-cetoglutarato
O
O
-O
O
O
transaminasa o
aminotransferasa
NAD(P)H + H+
NH4+
glutamato
aminoácido
PLP
NAD(P)+
H2O
α-cetoácido
O
O
-O
deshidrogenasa
O
glutamato
glutamina
sintetasa
NH3+
NH3
ATP + NH4+
glutaminasa
ADP + Pi
H2O
O
H2N
O
O
glutamina
NH3+
Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa y las
aminotransferasas (transaminasas) tienen un rol muy importante en el
metabolismo de aminoácidos.